IMMUNOMODULATORY AND PHYSICAL EFFECTS OF OIL COMPOSITION IN VACCINE ADJUVANT EMULSIONS
출처: Fox, C. B., Baldwin, S. L., Duthie, M. S., Reed, S. G., & Vedvick, T. S. (2011). Immunomodulatory and physical effects of oil composition in vaccine adjuvant emulsions. Vaccine, 29(51),
9563-9572.
Emulsions as safe and efficacious vaccine adjuvants
Squalene-based oil-in-water emulsions은 계절성 또는 대유행 인플루엔자 백신을 위해 수년 동안 사용되어 왔습니다. 그러나 squalene 성분과 잠재적인 생물학적 활성에 대한 걱정이
대두되었습니다. 백신에 배합되는 oil-in-water emulsion 형태의 다른 metabolizable oil과 비교하였을 때 squalene의 면역 조절 활성에 대한 정보는 거의 없습니다. Christopher 등에
의해 수행된 연구에서 squalene을 비롯한 여러 종류의 oil로 구성된 emulsions의 제조와 물리적 특성이 설명되었습니다.
Adjuvant formulations
Shark liver squalene (≥98% purity), Fluorinert® FC-40, sesame oil, soybean oil, grapeseed oil,
Miglyol® 810이 emulsion-type adjuvants의 성분으로 선택되었습니다. Oil phase를 각각 10ml phospholipid에 용해시키고, 완전히 용해될 때까지 oil-PC (phosphatidylcholine) mixture를
초음파 처리하였습니다. Aqueous phase를 oil phase와 90% (v/v) 비율로 섞고 Silverson Heavy Duty Laboratory Mixer Emulsifier (East Longmeadow, MA)를 사용하여 mixing하여
crude emulsion을 만들었습니다. Microfluidizer® Processor (M110P, Microfluidics, Newton, MA, USA)를 사용하여 (12회, 30,000 psi) crude emulsion을 uniform droplets으로 만들어주었습니다.
생성된 formulations의 안정성을 5 °C, room temperature, 37 °C, 60 °C에서 6개월 동안 monitoring하였습니다.
Physicochemical properties of the adjuvants
유화안정성과 관련되어 non-squalene oil 간의 몇 가지 차이가 분명히 나타났습니다. 차이가 있었던 특성으로는 (Table 1), perfluorocarbon emulsion인 Fluorinert® FC-40에서
더 높은 polydispersity (size heterogeneity)를 볼 수 있었으며, long-chain triglyceride (grapeseed, sesame, soybean oils)와 perfluorocarbon emulsion (Fluorinert® FC-40)은 60℃에서
불안정함이 눈으로 확인되었습니다.
특히 이 연구에서는 emulsion stability의 지표로 optical profile을 얻기 위해 LUMiReader Separation Analyzer (LUM Americas, Boulder, CO, USA) 기기를 사용하였습니다.
이 장비는 희석하지 않은 emulsion에 근적외선 (870nm)을 주사하여 45 mm length, 7 μm resolution의 센서에 의해 emulsion의 빛 투과도를 측정합니다.
이는 효과적인 분산 안정석 분석 방법으로 동시에 Emulsion 전체의 투과도를 일정한 시간 간격으로 측정하여 각 투과도 profile을 하나의 graph 위에 순차적으로 표시하여
투과도의 변화 (분산된 물질의 de-mixing 과정)을 단시간에 한 눈에 확인할 수 있습니다.
이 연구에서 optical profiles는 60℃에서 4시간 동안 10분 간격으로 수집되었습니다. Figure 1a에서 파란색 profiles는 emulsion의 초기 투과도이며 분홍색 profiles은 후기 투과도입니다.
서로 다른 emulsions을 비교하기 위해, profiles의 특정 범위 (27-32mm)에서의 profile 아래 면적 (integral transmission, %)을 figure 1b와 같이 기기의 전용 소프트웨어를 통해 계산하였습니다.
Integral transmission의 감소를 보이는 emulsions (squalene, grapeseed, sesame, soybean emulsions)에서는 합일 (coalescence) 또는 입자의 성장이 일어났음을 알 수 있었습니다.
이는 더 큰 입자들은 더 많은 빛을 산란하여 detector로 빛을 덜 전달하기 때문입니다. Soybean emulsion의 높은 초기 투과도 값은 예상 가능하였는데,
다른 emulsions에 비해 더 작은 초기 입자 크기를 가지고 있었기 때문입니다. 또한 medium-chain triglyceride emulsion (Miglyol® 810)의 creaming rate이 증가됨을
laser scatteirng optical profiling으로 쉽게 확인할 수 있었습니다.
흥미롭게도 상대적으로 투명한 Fluorinert® FC-40 emulsion (high light transmission)은 빛 투과도의 변화가 전체적으로 거의 없었으며, 이를 통해 이 emulsion이 60℃에서
좋은 분산 안정성을 가지고 있음을 알 수 있었습니다.
Figure 1. Laser scattering optical profiling analysis of emulsion stability. (a) Laser transmission scans of undiluted grapeseed emulsion in polycarbonate cuvette measured
every 10 min over 4 h at 60 °C, with blue color indicating initial scans and pink color indicating later scans. (b) Integral transmission profiles of the 25 - 30 mm region
(see above) of cuvettes containing emulsion, measured over 4 h at 60 °C.
Squalene emulsion enhances antibody responses to the antigens
Emulsions의 생물학적 활성을 recombinant malaria antigen 또는 split-virus incactivated influenza vaccine과 배합하여 비교하였습니다 (figure 2). Squalene emulsion을 함유한
백신은 다른 oil로 된 emulsion을 함유한 백신들에 비하여 더 높은 항체 농도와 더 많은 long-lived plasma cell을 도출하였습니다 (figure 3).
Figure 2. Effect of adjuvant formulation in humoral immune responses induced by immunization with inactivated split-virus influenza vaccine (Fluzone).
Figure 3. IgG-secreting bone marrow plasma cells against Fluzone were determined by ELISPOT and data are represented by mean cell counts ± SEM.
Conclusion and further information
평가된 다른 oils와 비교했을 때 squalene-based emulsion은 높은 adjuvant 능력을 보였습니다. 반면, non-squalene oils은 stand-alone adjuvant로 사용되기 보다는
양친매성 또는 소수성 면역 자극 물질 (TLR agonist와 같은)의 운반체로 더 적합할 것으로 판단되었습니다.
이 연구에서 oil-in-water emulsion adjuvants를 최종 생산할 때 미국 Microfluidics사의 Microfluidizer® High Shear Processor를 사용하여 처리하여 매우 균질한 입자로
분산된 adjuvants를 얻을 수 있었습니다. 또한 독일 LUM사의 LUMiReader Separation Analyzer를 사용하여 유화된 adjuvants의 분산 안정성을 가속화 조건에서 빠르고
쉽게 확인할 수 있었습니다.
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LumiSizer Dispersion Analyzer
LumiFuge Stability Analyzer
LumiReader PSA Separation Analyzer
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